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KR101696328B1 - 원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물 - Google Patents

원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물 Download PDF

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KR101696328B1
KR101696328B1 KR1020150147701A KR20150147701A KR101696328B1 KR 101696328 B1 KR101696328 B1 KR 101696328B1 KR 1020150147701 A KR1020150147701 A KR 1020150147701A KR 20150147701 A KR20150147701 A KR 20150147701A KR 101696328 B1 KR101696328 B1 KR 101696328B1
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KR
South Korea
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raw material
primary
granules
binder
exhaust gas
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Application number
KR1020150147701A
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Inventor
정병준
지윤경
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물에 관한 것으로, 소결광 제조를 위한 원료를 처리하는 방법으로서, 함철 극미분 원료와 결합재를 마련하는 과정; 혼합기에서 상기 함철 극미분 원료와 결합재를 혼합하는 과정; 상기 함철 극미분 원료와 결합재를 1차 조립기에 투입하여 1차 조립물을 제조하는 과정; 상기 1차 조립물과, 생석회(CaO)와 소석회(Ca(OH)2) 중 적어도 어느 하나를 2차 조립기에 투입하여 2차 조립물을 제조하는 과정; 및 상기 2차 조립물을 CO2로 양생하는 과정;을 포함하고, 극미분 철광석 등과 같은 극미분 원료를 이용하여 강도가 우수한 조립물을 제조할 수 있다.

Description

원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물{Apparatus for raw material process, method thereof and pellet}
본 발명은 원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극미분 철광석 등과 같은 극미분 원료를 이용하여 강도가 우수한 조립물을 제조할 수 있는 원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물에 관한 것이다.
소결광 제조 공정은 미립의 분철광석을 소결하여 고로 사용에 적합한 크기로 제조한다. 이러한 소결 공정에서는 분철광석, 부원료 및 연료(분코크스, 무연탄) 등을 드럼 믹서에 넣어 혼합 및 조습(원료중량비 약 7∼8%)을 실시하여 소결 배합 원료를 의사 입자화시켜 소결대차(18) 상에 일정 높이로 장입하고, 점화로(200)에 의해 표면 점화 후 하방으로부터 공기를 강제 흡인하면서 소결 배합 원료의 소성이 진행되고 소결광이 제조된다. 소결이 완료된 소결광은 배광부의 크러셔(crusher)를 거쳐 냉각기(cooler)에서 냉각되고, 고로 내 장입 및 반응에 용이한 5∼50㎜의 입도로 분급되어 고로로 이송된다. 소결광을 제조하기 위한 소결용 배합 원료의 제조 공정은 일반적으로 주원료인 철광석, 부원료인 석회석, 생석회 및 규석, 소결 시 연료로 작용하는 코크스를 혼합하는 과정, 주원료, 부원료 및 코크스가 혼합된 혼합물을 조립하는 과정을 포함한다. 그리고 이와 같은 과정으로 제조된 조립물은 소결기 내로 장입되어 소결된다. 즉, 소결기 하부를 흡인에 의해 공기를 흡입하면, 조립물 내에 포함된 코크스가 공기 중 산소와 접촉되어 화염이 발생되고, 상기 화염이 전진함에 따라 소결기 내부에 장입된 소결 배합 원료가 소결된다.
한편, 소결용 배합 원료 중 주원료인 철광석 대신 저가의 철원을 사용하여 제조비용을 절감하려는 방안이 강구되고 있다. 이러한 저가의 철원중 펠렛 피드(Pellet Feed)는 0.15㎜ 이하의 입도를 갖는 극미분 철광석으로서 70%에 가까운 철(T.Fe) 성분을 함유하고 있다. 그런데 펠렛 피드가 소결 배합 원료로 다량 사용할 때 펠렛 피드를 선택적으로 조립화시키는 과정 없이 기존의 조립화 공정을 적용하여 소결 배합 원료용 조립물을 제조하는 경우에는 조립성 및 강도를 확보하기 위하여 생석회 등과 같은 고가의 결합재가 다량 사용된다. 이에 제조 비용이 증가하게 되어 비교적 저가인 펠렛 피드의 사용이 무의미해지는 문제점이 있다. 또한, 펠렛 피드를 이용하여 조립물을 제조하는 경우, 원하는 크기 및 강도를 갖게 하기 위해서는 적어도 10기 이상의 조립기가 필요하게 되어 설비를 구축하기 위한 공간 및 비용이 막대하게 소요되는 문제점도 있다.
JP 2009-030114 A JP 1997-71824 A
본 발명은 극미분 원료로 제조된 조립물의 강도를 향상시킬 수 있는 원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물을 제공한다.
본 발명은 조립물의 강도를 향상시켜 조립물을 이용한 조업 효율을 향상시킬 수 있는 원료 처리 장치, 원료 처리 방법 및 이를 이용하여 제조된 조립물을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료 처리 장치는, 소결광을 제조하기 위한 원료를 처리하는 장치로서, 함철 극미분 원료와 결합재를 조립하여 1차 조립물을 제조하는 1차 조립기; 상기 1차 조립물의 표면에 생석회와 소석회 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅층을 형성하여 2차 조립물을 제조하는 2차 조립기; 2차 조립물을 양생하는 양생기;를 포함할 수 있다.
상기 함철 극미분 원료와 결합재를 혼합하는 혼합기를 포함할 수 있다.
상기 1차 조립기와 상기 2차 조립기는 수분을 공급하는 수분 공급기를 포함할 수 있다.
상기 양생기는 상기 2차 조립기에서 제조되는 2차 조립물을 이송하는 이송 경로와, 상기 이송 경로에 배가스를 공급하는 배가스 공급기를 포함할 수 있다.
상기 배가스 공급기는 석회 소성 공정에서 발생하는 배가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료 처리 방법은, 소결광 제조를 위한 원료를 처리하는 방법으로서, 함철 극미분 원료와 결합재를 마련하는 과정; 혼합기에서 상기 함철 극미분 원료와 결합재를 혼합하는 과정; 상기 함철 극미분 원료와 결합재를 1차 조립기에 투입하여 1차 조립물을 제조하는 과정; 상기 1차 조립물과, 생석회(CaO)와 소석회(Ca(OH)2) 중 적어도 어느 하나를 2차 조립기에 투입하여 2차 조립물을 제조하는 과정; 및 상기 2차 조립물을 CO2로 양생하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 함철 극미분 원료는 0㎜ 초과 내지 4㎜ 이하의 입도를 가질 수 있다.
상기 함철 극미분 원료는 철광석, 펠렛피드 및 제강 부산물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 결합재는 당밀, 극미분 석회석, 벤토나이트, 래들 슬래그, 플라이 애쉬(fly ash) 및 고분자 유기 바인더 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 결합재는 상기 함철 극미분 원료의 중량에 대해서 0.1 내지 5중량% 사용될 수 있다.
상기 1차 조립물 및 상기 2차 조립물을 제조하는 과정에서 수분을 공급할 수 있다.
상기 2차 조립물을 제조하는 과정에서 상기 2차 조립물을 10㎜ 이하의 크기로 제조할 수 있다.
상기 양생하는 과정에서 상기 2차 조립물에 CO2를 포함하는 배가스를 공급할 수 있다.
상기 배가스는 석회 소성 공정에서 발생하는 배가스일 수 있다.
상기 배가스는 3 내지 7%의 CO2 농도를 가질 수 있다.
상기 배가스는 3 내지 10%의 수분을 함유할 수 있다.
상기 양생하는 과정에서 50 내지 100℃의 배가스를 상기 2차 조립물에 공급할 수 있다.
상기 양생하는 과정은 상기 2차 조립물을 저장하는 저장기로 이송하는 과정에서 수행할 수 있다.
상기 양생하는 과정에서 상기 1차 조립물의 표면에 탄산칼슘을 포함하는 코팅층이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 조립물은 전술한 원료 처리 방법으로 제조될 수 있으며, 10㎜ 이하의 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 조립물은 표면에 0.25 내지 1㎜ 두께의 코팅층이 형성될 수 있고, 상기 코팅층은 탄산칼슘(CaCO3)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 분철광석과 펠렛 피드 등과 같은 극미분 원료를 이용하여 제조된 조립물의 강도를 향상시킬 수 있다. 극미분 원료를 이용하여 1차 조립물을 제조한 후, 1차 조립물 표면에 생석회나 소석회을 포함하는 코팅층이 와 같은 극미분 철광석을 이용하여 조립물을 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 조립물은 고가의 바인더를 소량 이용하더라도 우수한 강도 및 생산성의 확보가 가능하다.
도 1은 소결광 제조 설비를 나타내는 도면.
도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치를 개념적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법으로 제조된 조립물을 개념적으로 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 실시 예에서는 0㎜ 초과 내지 4㎜ 이하의 입도를 갖는 극미분 원료를 조립물로 만들어 소결광을 제조하는데 원료로 사용할 수 있다. 이를 위하여 극미분 원료, 예컨대 함철 극미분 원료를 이용하여 조립물을 만들고 이를 CO2를 이용하여 양생함으로써 조립물의 표면에 코팅층을 형성하여 조립물의 강도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 소결광 제조 설비를 나타내는 도면이고, 도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치를 개념적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법으로 제조된 조립물을 개념적으로 보여주는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 소결광 제조 설비는, 폐루프를 형성하는 이동경로(미도시)와, 이동경로를 따라 무한궤도방식으로 이동하는 소결대차(300)와, 이동경로 상에 배치되어 이동하는 소결대차(300) 내에 소결 원료를 장입하는 원료공급부(100)와, 소결대차(300) 내 원료의 표층에 화염을 분사하여 점화시키는 점화로(200) 및 소결대차(300) 내부를 흡인하는 복수의 윈드 박스(400)를 포함한다.
이동경로를 따라 이동하는 소결대차(300) 내에 원료공급부(100)에 의해 상부광과 소결배합원료가 장입되면, 원료공급부(100)의 일측, 즉 소결대차(300)의 이동방향에 대해서 전방에 위치하는 점화로(200)에서 소결대차(300) 내의 소결배합 원료의 표층부를 점화시킨다. 점화된 이후 소결대차(300)는 이동경로를 따라 이동하게 되고, 이동경로 하부의 윈드 박스(400)에 의해 소결대차(300) 내부가 흡인되면서 소결배합 원료의 소결이 이루어지며 소결광이 제조된다.
한편, 소결광의 원료는 상부광과 소결배합원료가 사용될 수 있다. 상부광은 소결광 제조 후 발생하는 것으로 선별기(560)에 의해 선별된 일정 크기, 예컨대 10 내지 15㎜ 정도의 크기를 갖는 소결광을 의미한다. 상부광은 소결배합 원료를 저장하는 써지호퍼(120) 일측의 상부광호퍼(110)에 저장되며, 소결배합원료를 소결대차(300)에 장입하기 전 소결대차(300)의 바닥에 장입된다. 그리고 소결배합 원료는 철광석, 생석회, 석회석, 규석, 코크스, 석탄 등을 포함하며, 이들을 균일하게 혼합한 것을 의미한다. 이때, 코크스와 석탄은 연료로 사용될 수 있다. 이러한 소결배합 원료는 장입기(130)에 의해 소결대차(300) 내 상부광 상부에 장입되며, 이들을 구성하는 각각의 원료는 일정 크기, 예컨대 10㎜ 이하의 입경을 갖는다. 그러나 앞서 배경기술에서 설명한 바와 같이 입경이 매우 작은, 예컨대 0 초과 내지 4㎜ 이하의 극미분 원료는 소결 시 소결대차(300) 내 통기성을 악화시키므로 별도의 가공 공정, 즉 조립 공정을 거쳐 소결배합 원료로 사용될 수 있다. 그러나 일반적인 조립공정은 극미분 원료를 조립기에 조립하여 그대로 사용하기 때문에 조립물의 강도가 그리 좋지 못하다. 따라서 본 발명에서는 극미분 원료를 이용하여 조립물을 제조한 후 양생 과정을 거쳐 조립물의 표면에 코팅층을 형성함으로써 조립물의 강도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 소결배합 원료를 마련하기 위한 원료 처리 장치는 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 원료처리장치(500)는 원료저장기(520, 522, 524, 526, 528)와, 원료저장기(520, 522, 524, 526, 528)에서 공급되는 원료를 혼합하는 1차 혼합기(530)와, 극미분 원료를 조립하여 조립물을 제조하는 조립부(540)와, 1차 혼합기(530)에서 혼합된 원료와 조립물을 혼합하는 2차 혼합기(550)를 포함할 수 있다.
원료저장기(520, 522, 524, 526, 528)는 철광석을 저장하는 철광석 저장호퍼(520)와, 석회석을 저장하는 석회석 호퍼(522)와, 규석을 저장하는 규석 호퍼(524)와, 코크스나 석탄 등의 연료를 저장하는 연료 호퍼(526) 및 반광을 저장하는 반광 호퍼(528)를 포함할 수 있다. 이때, 반광 호퍼(528)는 고로 반광이나 소결광 제조 후 발생하는 자체 반광을 저장하는 저장호퍼(510, 512)로부터 반광을 공급받는다.
1차 혼합기(530)는 원료저장기(520, 522, 524, 526, 528)의 각 호퍼에서 배출되는 각각의 원료를 균일하게 혼합하는 역할을 한다.
2차 혼합기(550)는 1차 혼합기(530)에서 배출된 혼합물과 조립부(540)에서 제조된 조립물을 균일하게 혼합하여 소결배합 원료를 제조한다. 제조된 소결배합 원료는 소결광 제조설비의 원료공급부(100)의 써지호퍼(120)에 저장된다.
조립부(540)는 극미분 원료와 결합재를 저장하는 제1호퍼(541)와, 제1호퍼(541)에서 배출되는 극미분 원료와 결합재를 균일하게 혼합하는 혼합기(542)와, 극미분 원료와 결합재의 혼합물을 조립하여 1차 조립물을 제조하는 1차 조립기(543)와, 생석회와 소석회를 저장하는 제2호퍼(544)와, 1차 조립기(543)에서 제조된 1차 조립물과 생석회 및 소석회 중 적어도 어느 하나를 이용하여 2차 조립물을 제조하는 2차 조립기(545) 및 2차 조립물을 양생하는 양생기(546)를 포함할 수 있다.
제1호퍼(541)는 극미분 원료와, 결합재를 각각 저장하도록 복수개로 구성될 수 있으며, 극미분 원료와 결합재를 혼합기(542)로 일정량씩 배출시킬 수 있다. 이때, 극미분 원료는 철을 함유하는 함철 극미분 원료일 수 있으며, 0 초과 내지 4㎜ 이하의 입자 크기를 가질 수 있다. 함철 극미분 원료는 철광석, 펠렛 피드, 제강 부산물 등을 포함할 수 있으며, 제강 부산물은 더스트나 슬러지 등을 포함할 수 있다.
결합재는 당밀, 극미분석회석, 벤토나이트, 래들슬래그, 플라이 애쉬(fly ash) 및 고분자 유기 바인더 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 고체 상태나 액체 상태로 사용될 수 있다.
혼합기(542)는 제1호퍼(541)에서 공급되는 함철 극미분 원료와 결합재를 고속으로 교반하는 '고속 교반 믹서'일 수 있다. 혼합기(542)는 제1호퍼(541)에서 공급되는 함철 극미분 원료와, 결합재를 고속으로 교반하여 균일하게 혼합한다. 혼합기(542)는 내부 공간을 가지는 통 형상이며, 투입된 원료들을 혼합하는 교반 수단, 예컨대 블레이드(미도시)가 설치될 수 있다. 이때, 혼합기(542)에는 함철 극미분 원료와, 결합재의 혼합물에 물을 분사하기 위한 노즐이 구비될 수도 있다.
1차 조립기(543)는 통상적인 선택조립설비에서 사용되는 조립기(Pelletizer)로서, 혼합물이 장입되는 내부 공간을 가지고, 그 내부에 회전 팬(미도시)이 설치되며, 혼합기(542)에서 혼합된 함철 극미분 원료와 결합재의 혼합물은 회전 팬 위를 유동하면서 입자가 점진적으로 성장하여 조립이 이루어져 1차 조립물이 제조된다. 이때, 1차 조립기(543)에는 함철 극미분 원료와 결합재가 용이하게 결합할 수 있도록 1차 조립기(543) 내에 수분을 공급하는 수분 공급기가 구비될 수 있다.
2차 조립기(545)는 1차 조립기(543)와 거의 동일한 구성을 갖도록 형성될 수 있다.
2차 조립기(545)는 1차 조립기(543)에서 제조된 1차 조립물과 제2호퍼(544)에서 공급되는 생석회와 소석회 중 적어도 어느 하나를 이용하여 2차 조립물을 제조한다. 2차 조립물은 상대적으로 입자가 크기가 큰 1차 조립물이 핵으로 사용되고, 상대적으로 입자 크기가 작은 생석회나 소석회가 1차 조립물의 표면에 부착되어 형성될 수 있다.
이때, 2차 조립기(545)에는 생석회나 소석회가 1차 조립물의 표면에 용이하게 부착될 수 있도록 2차 조립기(545) 내에 수분을 공급하는 수분 공급기가 구비될 수 있다.
양생기(546)는 2차 조립기(545)에서 제조된 2차 조립물을 이송하는 이송경로와, 이송경로를 따라 이송되는 2차 조립물에 탄소 및 산소 중 적어도 어느 하나를 함유하는 가스, 예컨대 CO2를 함유하는 배가스를 공급하기 위한 배가스 공급기를 포함할 수 있다. 이때, 이송경로는 컨베이어 벨트 등일 수 있으며, 배가스 공급기는 이송경로 상에 배가스를 분사하도록 형성될 수 있다.
배가스 공급기는 제철공정에서 발생하는 다양한 배가스를 공급할 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 석회 소성 공정에서 발생하는 배가스를 공급할 수 있다.
이하에서는 전술한 원료 처리 장치를 이용하여 원료를 처리하는 방법에 대해서 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법은, 주원료를 마련하는 과정(S100), 주원료를 혼합하는 1차 혼합 과정(S110), 극미분 원료를 조립하여 조립물을 제조하는 과정(S120), 주원료와 조립물을 혼합하여 소결배합 원료를 제조하는 2차 혼합과정(S130) 및 소결배합 원료를 저장기, 즉 써지호퍼(120)에 저장하는 과정(S140)을 포함할 수 있다.
여기에서 조립물을 제조하는 과정 이외에 나머지 공정들은 일반적인 소결배합 원료를 제조하는 과정과 거의 유사하다.
다만, 조립물을 제조할 때 함철 극미분 원료 외에 생석회 및 소석회 중 적어도 어느 하나를 사용하고 있으므로, 주원료를 마련할 때 생석회나 소석회는 별도로 마련하지 않거나 기존 소결배합 원료 마련시 마련되는 양보다 적게 마련할 수 있다.
조립물을 제조하는 과정은 다음과 같다.
조립물을 제조하는 과정(S120)은, 함철 극미분 원료, 결합재 및 생석회와 소석회를 마련하는 과정(S121)과, 함철 극미분 원료와 결합재를 혼합하는 과정(S122)과, 함철 극미분 원료와 결합재의 혼합물을 이용하여 1차 조립물을 제조하는 과정(S123)과, 1차 조립물과 생석회(CaO)와 소석회(Ca(OH)2) 중 어느 하나를 이용하여 1차 조립물의 표면에 생석회와 소석회 중 어느 하나를 함유하는 코팅층이 형성되는 2차 조립물을 제조하는 과정(S124)과, 2차 조립물을 CO2로 양생하는 과정(S125)을 포함한다.
함철 극미분 원료는 0 초과 내지 4㎜ 이하의 입자 크기를 갖는 철광석, 펠렛 피드, 제강 부산물을 포함할 수 있다. 이때, 제강 부산물은 철 성분을 함유하는 더스트나 슬러지일 수 있다.
함철 극미분 원료로 철광석과 제강 부산물을 사용하는 경우, 철광석이 함철 극미분 원료 전체 중량에 대해서 50 내지 90중량% 정도 포함되도록 할 수 있다. 철광석의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 소결광 내 철함량이 감소하게 되고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 조립물의 강도가 저하되는 문제점이 있다.
결합재는 당밀, 극미분석회석, 벤토나이트, 래들슬래그, 플라이 애쉬(fly ash) 및 고분자 유기 바인더 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 이 경우 결합재는 액체 상태 또는 고체 상태로 사용될 수 있다. 결합재는 함철 극미분 원료의 중량에 대해서 0.1 내지 5중량% 사용될 수 있다. 이때, 결합재가 액체 상태인 경우에는 0.1 내지 1중량% 정도의 범위로 사용하는 것이 좋고, 고체 상태인 경우에는 5중량% 이하의 범위로 사용하는 것이 좋다. 결합재가 액체 상태인 경우, 결합재가 제시된 범위보다 적거나 많이 사용되면 이후 조립과정에서 조립물의 조립성이 저하될 수 있다. 또한, 결합재가 고체 상태인 경우, 결합재가 제시된 범위보다 적게 사용되는 경우에는 조립물의 조립성이 저하되고, 제시된 범위보다 많이 사용되는 경우에는 조립물의 조립성이 향상될 수는 있으나 이후 수행될 수 있는 고온 공정에서 결합재가 제거되면서 조립물의 강도가 저하될 수 있고, 이를 이용하여 제조되는 소결광을 제강공정에 이용하는 경우 다량의 제강 슬래그가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
생석회와 소석회는 조립물을 제조할 때 조립물의 표면에 코팅층을 형성하기 위한 재료이다. 생석회와 소석회는 0 초과 내지 0.25㎜ 정도의 입자 크기를 가질 수 있다. 생석회와 소석회의 입자 크기가 제시된 범위보다 큰 경우에는 균일한 두께의 코팅층을 형성하기 어렵고, 양생 공정 시 CO2와의 반응 시간이 지연되어 조립물의 강도를 효과적으로 높이기 어려운 문제점이 있다.
이와 같이 조립물을 제조하기 위한 원료가 마련되면, 함철 극미분 원료와 결합재를 혼합기(542)에 공급하여 균일하게 혼합시킨다.
이후, 함철 극미분 원료와 결합재의 혼합물을 1차 조립기(543)에 장입하여 함철 극미분 원료와 결합재로 이루어진 1차 조립물을 제조한다.
1차 조립물이 제조되면 2차 조립기(545)에 1차 조립물을 장입하고, 생석회와 소석회 중 적어도 어느 하나를 장입하여 2차 조립물을 제조한다. 2차 조립물은 1차 조립물 표면에 생석회와 소석회 중 어느 하나를 포함하는 코팅층을 형성하는 것으로, 생석회나 소석회가 1차 조립물의 표면에 부착이 용이하도록 2차 조립기(545)에 수분을 공급할 수 있다.
2차 조립물은 10㎜ 이하의 입자 크기를 갖도록 형성될 수 있으며, 바람직하게는 입자 크기가 1 내지 8㎜ 정도인 비율이 70 내지 90% 정도가 되도록 할 수 있다. 입자 크기가 1 내지 8㎜ 정도인 비율이 제시된 범위보다 작은 경우에는 이후 소결배합 원료 중 미분 함량이 지나치게 많아져 소결대차(300) 내 통기성이 악화될 수 있다. 또한, 입자 크기가 1 내지 8㎜ 정도인 비율이 제시된 범위보다 크면 좋지만, 설비 자체의 능력상 불가능하다.
또한, 2차 조립 공정에 의해 1차 조립물 표면에 형성되는 코팅층은 0.25 내지 1㎜ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 코팅층 두께가 제시된 범위보다 작은 경우에는 1차 조립물 표면에 코팅층이 부분적으로 형성되지 않아 최종적으로 제조되는 조립물의 강도를 원하는 만큼 향상시킬 수 없고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 조립물의 강도가 개선될 수는 있으나 그 효과가 미미하며 생석회나 소석회의 사용량 증가에 따라 생산비용이 증가하는 문제점이 있다.
이렇게 2차 조립물이 제조되면 2차 조립물을 주원료와 균일하게 혼합하도록 2차 혼합기(550)로 이송한다.
2차 조립물을 2차 혼합기(550)로 이송하는 과정에서 2차 조립물이 이송되는 이송 경로에 CO2를 함유하는 배가스를 공급하여 2차 조립물을 양생시킨다. 이때, 2차 조립물에 공급되는 배가스는 다양한 공정에서 발생하는 배가스일 수 있으며, 본 실시 예에서는 생석회를 제조하기 위한 석회 소성 공정에서 발생하는 배가스를 사용할 수 있다.
석회 소성 공정에서 발생하는 배가스는 통상 300℃ 정도의 고온으로, 이러한 배가스를 2차 조립물에 직접 공급하게 되면 2차 조립물이 이송되는 이송 경로가 손상될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 2차 조립물에는 소정의 수분이 함유되어 있는데 고온의 배가스가 공급되면 2차 조립물 내 수분이 급격하게 증발되면서 2차 조립물이 분화될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 석회 소성 공정에서 발생하는 300℃ 정도의 배가스에 공기를 혼합하여 100℃ 이하, 예컨대 50 내지 100℃ 정도로 냉각시켜 2차 조립물에 공급함으로써 2차 조립물의 분화를 억제 혹은 방지할 수 있다.
석회 소성 공정에서 발생하는 배가스는 20% 정도의 CO2 농도와, 15% 정도의 수분을 포함하는데, 배가스에 공기를 혼합하면 배가스 중 CO2의 농도와, 수분 함량이 어느 정도 저감될 수 있다. 이에 양생 공정에서 10% 이하, 바람직하게는 3 내지 7%의 CO2 농도와, 10% 이하, 바람직하게는 3 내지 10%의 수분 함량을 갖는 배가스를 2차 조립물에 공급할 수 있다.
이와 같은 양생 공정에서 2차 조립물의 표면, 즉 1차 조립물의 표면에 형성되는 코팅층은 CO2와 하기의 식1 및 2와 같은 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)을 형성하며 경화되게 된다. 이에 2차 조립물의 강도가 향상될 수 있다.
식1) CaO + CO2 -> CaCO3
식2) Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O
이렇게 제조된 조립물은 2차 혼합기(550)로 공급되어 1차 혼합기(530)에서 혼합된 주원료와 혼합되어 소결배합 원료로 마련된 후 써지호퍼(120)로 장입된다.
이하에서는 본 발명에 따른 원료 처리 방법으로 제조된 조립물의 강도 향상을 검증하기 위한 실험 예에 대해서 설명한다.
먼저, 함철 극미분 원료로서 철광석과, 더스트 및 슬러지를 각각 2:1:1의 조성비를 갖도록 사용하고, 결합재로서 당밀을 사용하여 1차 조립물을 제조하였다.
다음, 0.25㎜ 이하의 입자 크기를 갖는 생석회를 이용하여 1차 조립물 표면에 코팅층을 형성하여 2차 조립물을 제조하였다. 이때, 코팅층의 두께를 다양하게 변경해가며 2차 조립물을 제조하였다.
이후, 석회 소성 공정에서 발생하는 배가스에 공기를 혼입시켜 100℃ 정도로 냉각시킨 후 2차 조립물에 공급하여 양생 공정을 실시하였다.
이때, 배가스 중 CO2 농도와 수분 함량을 변경하며 2차 조립물에 공급하여 양생공정을 실시하였다.
[코팅층 두께 변경]
코팅층의 두께를 0.25㎜, 0.5㎜, 1.0㎜ 및 1.5㎜로 변경하며 2차 조립물을 제조하였다.
이렇게 제조된 2차 조립물을 동일한 조건으로 양생한 후 강도를 측정하였다. 이때, 강도는 4 ~ 6.3㎜ 입자 크기를 갖는 조립물 300g을 2m 높이에서 5회 낙하시켜 4㎜ 이상의 입자 크기를 갖는 조립물의 비율을 나타낸다.
실험 예1 실험 예2 실험 예3 실험 예4
코팅층 두께(㎜) 0.25 0.5 1.0 1.5
강도(%) 80.9 83.7 85.3 85.5
상기 표 1을 살펴보면, 코팅층의 두께가 증가할수록 조립물의 강도가 향상된 것을 알 수 있다. 그러나 코팅층의 두께가 1.0㎜인 실험 예3과 1.5㎜인 실험 예4의 경우, 조립물의 강도가 0.2% 정도 향상되었다. 이는 실험 예2와 실험 예3에 의한 두께 변화량에 대한 강도 변화와 비교하면, 강도 향상 정도가 매우 미미한 것을 알 수 있다. 따라서 통상 양생 과정을 거치지 않은 조립물의 강도가 75% 정도임을 감안하면 조립물의 강도 향상을 위해서는 코팅층을 두께를 1㎜ 이하, 바람직하게는 0.25 내지 1㎜ 정도로 형상하는 것이 좋다.
[배가스 중 CO2 농도 변경]
1차 조립물의 표면에 1.0㎜의 코팅층이 형성된 2차 조립물을 제조하였다.
이렇게 제조된 2차 조립물에 배가스를 공급하여 양생 공정을 수행하되, 배가스 중 CO2 농도를 변경해가며 양생 공정을 수행하였다. 이후, 조립물의 강도를 측정하였으며, 강도 측정은 실험 예1 내지 4와 동일한 방법으로 수행하였다.
실험 예5 실험 예6 실험 예7 실험 예8
CO2 농도(%) 1 3 5 7
강도(%) 76.5 84.3 85.5 85.1
상기 표 2를 살펴보면, 배가스 중 CO2의 농도가 증가할수록 조립물의 강도가 향상됨을 알 수 있다. 그러나 배가스 중 CO2 농도가 어느 정도 증가한 이후에는 조립물의 강도가 저감되고 있다. 즉, 배가스 중 CO2 농도가 5% 정도까지는 조립물의 강도가 증가하였으나, CO2 농도가 7%인 경우에는 조립물의 강도가 감소하고 있다. 그러나 CO2 농도가 7%인 경우도 양생 공정을 거치지 않은 조립물에 비해 우수한 강도를 나타내고 있으므로 배가스 중 CO2 농도를 3 내지 7% 정도의 범위로 제어하여 양생 공정을 수행할 수 있다.
[배가스 중 수분 함량 변경]
1차 조립물의 표면에 1.0㎜의 코팅층이 형성된 2차 조립물을 제조하였다.
이렇게 제조된 2차 조립물에 배가스를 공급하여 양생 공정을 수행하되, 배가스 중 수분 함량을 변경해가며 양생 공정을 수행하였다. 이후, 조립물의 강도를 측정하였으며, 강도 측정은 실험 예1 내지 8와 동일한 방법으로 수행하였다.
실험 예9 실험 예10 실험 예11 실험 예12
수분 함량(%) 3 5 10 15
강도(%) 85.5 85.3 85.0 82.2
상기 표 3을 살펴보면, 배가스 중 수분 함량이 증가할수록 조립물의 강도가 저하되는 것을 알 수 있다. 배가스 중에는 어느 정도의 수분이 함유되어 있으나 이를 완전히 제거하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 표 3에 나타난 바와 같이 배가스 내 수분이 어느 정도 함유되어 있는 경우에도 조립물의 강도에 큰 영향을 미치지 않으므로 배가스 내 수분을 일정 범위 내, 예컨대 3 내지 10% 정도로 조절하여 조립물을 양생할 수 있다. 이와 같은 배가스 내 수분 함량 제어는 배가스를 냉각시키기 위해 공기를 유입하는 것에 의해 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 원료공급부 200: 점화로
300:소결대차 400: 윈드박스
500: 원료처리장치 520, 522, 524, 526, 528:원료저장기
530: 1차 혼합기 540: 조립부
543:1차 조립기 545: 2차 조립기
546:양생기 550: 2차 혼합기

Claims (23)

  1. 소결광을 제조하기 위한 원료를 처리하는 장치로서,
    소결광의 원료를 저장하는 원료저장기와,
    상기 원료저장기에서 공급되는 원료를 혼합하는 1차 혼합기와,
    함철 극미분 원료를 조립하여 조립물을 제조하는 조립부와,
    상기 1차 혼합기에서 혼합된 원료와 상기 조립물을 혼합하여 소결배합 원료를 제조하는 2차 혼합기를 포함하고,상기 조립부는,
    상기 함철 극미분 원료와 결합재를 조립하여 1차 조립물을 제조하는 1차 조립기;
    상기 1차 조립물의 표면에 생석회와 소석회 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅층을 형성하여 2차 조립물을 제조하는 2차 조립기;
    상기 2차 조립물을 이송하는 과정에서 탄소 및 산소 중 적어도 어느 하나를 함유하는 가스를 공급하여 상기 2차 조립물을 양생하는 양생기;
    를 포함하는 원료 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 함철 극미분 원료와 결합재를 혼합하는 혼합기를 포함하는 원료 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 조립기와 상기 2차 조립기는 수분을 공급하는 수분 공급기를 포함하는 원료 처리 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 양생기는 상기 2차 조립기에서 제조되는 2차 조립물을 이송하는 이송 경로와, 상기 이송 경로에 배가스를 공급하는 배가스 공급기를 포함하는 원료 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 배가스 공급기는 석회 소성 공정에서 발생하는 배가스를 공급하는 원료 처리 장치.
  6. 소결광 제조를 위한 원료를 처리하는 방법으로서,
    철광석, 석회석, 규석, 연료 및 반광을 포함하는 소결광의 원료를 혼합하여 혼합물을 마련하는 과정;
    함철 극미분 원료와 결합재를 마련하는 과정;
    혼합기에서 상기 함철 극미분 원료와 결합재를 혼합하는 과정;
    상기 함철 극미분 원료와 결합재를 1차 조립기에 투입하여 1차 조립물을 제조하는 과정;
    상기 1차 조립물과, 생석회(CaO)와 소석회(Ca(OH)2) 중 적어도 어느 하나를 2차 조립기에 투입하여 상기 1차 조립물의 표면에 생석회(CaO)와 소석회(Ca(OH)2) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅층을 형성하여 2차 조립물을 제조하는 과정;
    상기 2차 조립물을 이송하면서 상기 2차 조립물에 CO2를 포함하는 배가스를 공급하여 상기 코팅층과 반응시켜 경화시키는 양생하는 과정; 및
    상기 혼합물과 상기 양생된 2차 조립물을 혼합하여 소결배합 원료를 제조하는 과정;을 포함하는 원료 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 함철 극미분 원료는 0㎜ 초과 내지 4㎜ 이하의 입도를 갖는 원료 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 함철 극미분 원료는 철광석, 펠렛피드 및 제강 부산물 중 적어도 어느 하나인 원료 처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 결합재는 당밀, 극미분 석회석, 벤토나이트, 래들 슬래그, 플라이 애쉬(fly ash) 및 고분자 유기 바인더 중 적어도 어느 하나인 원료 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 결합재는 상기 함철 극미분 원료의 중량에 대해서 0.1 내지 5중량% 사용되는 원료 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 1차 조립물 및 상기 2차 조립물을 제조하는 과정에서 수분을 공급하는 원료 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 2차 조립물을 제조하는 과정에서 상기 2차 조립물을 10㎜ 이하의 크기로 제조하는 원료 처리 방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 배가스는 석회 소성 공정에서 발생하는 배가스인 원료 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 배가스는 3 내지 7%의 CO2 농도를 갖는 원료 처리 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 배가스는 3 내지 10%의 수분을 함유하는 원료 처리 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 양생하는 과정에서 50 내지 100℃의 배가스를 상기 2차 조립물에 공급하는 원료 처리 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 양생하는 과정은 상기 2차 조립물을 저장하는 저장기로 이송하는 과정에서 수행하는 원료 처리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 양생하는 과정에서 상기 코팅층에 탄산칼슘이 생성되는 원료 처리 방법.
  20. 청구항 6 내지 청구항 12, 청구항 14 내지 청구항 19 중 어느 하나의 원료 처리 방법으로 제조된 조립물.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 조립물은 10㎜ 이하의 직경으로 형성되는 조립물.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 조립물은 표면에 0.25 내지 1㎜ 두께의 코팅층을 포함하는 조립물.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 코팅층은 탄산칼슘(CaCO3)을 포함하는 조립물.
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